JP2015083136A - 架橋フッ素樹脂被覆層を有する立体形状物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体形状物にフッ素樹脂を被覆し、このフッ素樹脂に電離放射線を照射して架橋させる工程を有する架橋フッ素樹脂被覆を有する立体形状物の製造方法であって、電離放射線の一方向からの照射のみで、均一に架橋されたフッ素樹脂被覆層を有する立体形状物を製造できる方法を提供する。
【解決手段】所望の形状に機械加工されてなる立体形状物の表面をフッ素樹脂で被覆するフッ素樹脂被覆工程と、電子線を照射してフッ素樹脂を架橋する照射工程とを有し、前記照射工程では、窒素雰囲気中で一方向から、照射方向と対向する立体形状物の第１照射面が照射され、かつ散乱された電子線により第１照射面とは表面方向が異なる立体形状物の第２照射面が照射される（ただし、第１照射面と第２照射面は、前記立体形状物の底面及び側面の組合せではない）架橋フッ素樹脂被覆層を有する立体形状物の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、架橋されたフッ素樹脂被覆を有する立体形状物の製造方法に関する。

炊飯釜、鍋、フライパン等の調理容器では、調理中の食材の付着、焦付きを防止するため、内表面のフッ素樹脂被覆が広く行われている。また、フッ素樹脂被覆を電離放射線で照射して架橋することにより、フッ素樹脂被覆の強度や耐熱性が向上し、さらにフッ素樹脂被覆の欠点である調理容器の材質への低い密着性も改善される。そこで、フッ素樹脂被覆を電離放射線で照射して架橋を施す方法が提案されている（特許文献１）。

調理容器は立体形状物であり、その表面に形成されたフッ素樹脂被覆の被覆面は、種々の異なった方向を向いている。この場合、一方向のみの電離放射線の照射では、照射方向に垂直な被覆面はよく照射されるが、照射方向に平行な被覆面では十分な照射がされず、被覆面の全てにわたり均一な照射をすることは困難であると考えられていた。

例えば、炊飯釜の内面に設けられたフッ素樹脂被覆を照射する場合、底面（釜底）方向への照射のみでは、照射方向と平行である側面部分には照射されにくいと考えられていた。そこで、従来は均一の照射が容易な平板形状の材料上にフッ素樹脂被覆を形成し、電離放射線を照射し架橋を施した後に、前記平板の材料を炊飯釜等の立体形状に成形する方法が好ましいとされていた（特許文献２）。

特開２００２−２２５２０４号公報 ＷＯ２００８／１５６０１６号公報

近年、より良質の調理を容易にするために肉厚の調理容器が好まれてきている。しかし、肉厚の平板を成形することは困難であり、平板に電離放射線を照射した後に立体形状に成形する方法は採用できない。従って、肉厚の調理容器は、先ず立体形状を作製し、その後その表面にフッ素樹脂被覆を施し、このフッ素樹脂被覆に電離放射線を照射する方法により作製する必要がある。

しかし、照射方向が異なる多数の照射を行う方法によれば、生産性の低下とともに、照射をするための装置や操作が複雑になり、生産コストアップの要因になる。

本発明の課題は、立体形状物にフッ素樹脂を被覆し、電離放射線を照射してフッ素樹脂を架橋させる工程を有する架橋フッ素樹脂被覆を有する立体形状物の製造方法であって、電離放射線の一方向からの照射のみで、種々の異なった方向を有するフッ素樹脂被覆面の全面にわたる均一な照射を可能にし、均一に架橋されたフッ素樹脂被覆を形成できる方法を提供することにある。

本発明は、所望の形状に機械加工されてなる立体形状物の表面をフッ素樹脂で被覆するフッ素樹脂被覆工程と、電子線を照射してフッ素樹脂を架橋する照射工程とを有し、
前記照射工程では、窒素雰囲気中で一方向から、照射方向と対向する立体形状物の第１照射面が照射され、かつ散乱された電子線により前記第１照射面とは表面方向が異なる立体形状物の第２照射面が照射される（ただし、第１照射面と第２照射面は、前記立体形状物の底面及び側面の組合せではない）架橋フッ素樹脂被覆層を有する立体形状物の製造方法である。

立体形状物とは、方向が異なる複数の平面または曲面からなる表面を有する物を言う。立体形状物としては、例えば炊飯釜や鍋を挙げることができる。

第１照射面とは、照射手段から入射する電子線により直接（窒素による散乱を経ずに）照射される表面の部分を言う。例えば入射する電子線の方向に対し略垂直な面を挙げることができる。第２照射面とは、電子線が照射される立体形状物の表面であって、前記第１照射面とは異なる方向の面である。例えば、第１照射面に対して略垂直な方向の面を挙げることができる。

窒素雰囲気とは、純窒素または窒素を主体とする不活性ガスからなり、酸素濃度が低い雰囲気である。照射時に酸素が存在すると架橋が抑制され、フッ素樹脂の分解が進む場合があるので、低酸素濃度が求められる。好ましくは、酸素濃度は１００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは５ｐｐｍ以下である。

本発明では、電離性放射線として電子線を用い、窒素雰囲気で一方向から照射することを特徴の一部とする。電子線が窒素により散乱されることから、一方向からの照射であっても、第１照射面だけではなく、散乱された電子線により第２照射面をも照射することができる。第２照射面に直接照射される照射量は、第１照射面と比べて小さいが、散乱された電子線により照射されるので総照射量は第１照射面に近いものとなる。結果として、従来のように照射方向が異なる多数の照射を行う必要がなくなることから、生産性の低下や、照射をするための装置や操作を複雑にすることなく、均一に架橋されたフッ素樹脂被覆層を有する立体形状物を製造することができる。

前記第１照射面及び第２照射面としては、立体形状物の上面及び側面の組合せが好ましい。上面とは、側面に垂直であり、立体形状物の底面以外の内表面を言う。上面を第１照射面として電子線を照射すると、側面は、散乱された電子線により上面とほぼ同程度に照射される。従って、照射方向が異なる多数の照射を行う必要なく、より均一に架橋されたフッ素樹脂被覆層を有する立体形状物を得ることができる。

前記照射工程においては、立体形状物を、フッ素樹脂の結晶融点よりも０〜３０℃高い温度に加熱して電子線を照射することが好ましい。立体形状物を、フッ素樹脂の結晶融点よりも０〜３０℃高い温度に加熱して電子線を照射することで、フッ素樹脂の架橋をより充分なものとすることができる。

本発明の製造方法は、フッ素樹脂が表面に被覆された立体形状物を搬送する搬送手段、及び前記立体形状物に窒素雰囲気で電子線を照射する照射手段を有する照射ゾーンを備え、前記搬送手段が、前記立体形状物を照射ゾーンに搬入する機能、及び前記立体形状物を照射ゾーンから製品として搬出する機能を有する製造装置により行うことができる。

照射ゾーンとは、前記立体形状物が搬入され、窒素雰囲気で電子線が照射されるゾーンである。照射ゾーンの照射手段としては、フッ素樹脂架橋に用いられている公知の電子線照射手段と同様な手段を使用することができる。照射ゾーンは、好ましくは前記立体形状物を所定の温度に加熱する加熱手段を有する。加熱手段としては、照射ゾーン内の雰囲気を所定の温度に保てるものであれば特に限定されない。

本発明の架橋フッ素樹脂被覆を有する立体形状物の製造方法によれば、立体形状物の表面（第１照射面）への一方向からの電子線照射により、前記の照射される面とは異なる方向の面（第２照射面）も、窒素により散乱された電子線により同様に照射される。その結果、生産性の低下や、照射装置や操作を複雑にすることなく、均一に架橋されたフッ素樹脂被覆層を有する立体形状物を製造することができる。

本発明の架橋フッ素樹脂被覆層を有する立体形状物の製造方法の工程を概念的に示した図である。 実施例に使用した電子線照射装置を示す概念平面図である。 実施例に使用した立体形状物（炊飯釜）を、概念的に示した図である。 実施例に使用した立体形状物（水平台）を、概念的に示した図である。

次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本発明はこの形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、他の形態へ変更することができる。

（１）フッ素樹脂被覆工程
フッ素樹脂の被覆を施す方法としては、立体形状物にフッ素樹脂のフィルムを被せる方法、フッ素樹脂粉末を静電塗装する方法やフッ素樹脂粉末をスプレーする方法等の粉体塗装の方法、フッ素樹脂ディスパージョンを塗布して分散媒を乾燥する方法等を挙げることができる。中でもフッ素樹脂ディスパージョンを塗布する方法は、均一厚さのコーティングを容易に形成できる点で好ましい。

フッ素樹脂ディスパージョンとは、０．１μｍ〜数μｍ程度の粒径のフッ素樹脂粒子（粉末）を水等の分散媒に分散させたものであり、フッ素樹脂の薄膜コーティングで一般に用いられているディスパージョン、すなわちサブミクロンオーダの粒径のフッ素樹脂を、水を主体とする分散媒に分散させたものを用いることができる。なお、溶媒に可溶なフッ素樹脂の場合は、フッ素樹脂溶液を基材に塗布し乾燥させる方法によってもフッ素樹脂の被覆を施すことができる。

粉体塗装後やディスパージョン塗布後には、フッ素樹脂の融点以上に加熱（焼成）して、フッ素樹脂粒子間を融着させてフッ素樹脂膜を形成する工程が必要である。フッ素樹脂ディスパージョンの分散媒等の乾燥はこの焼成の工程において行ってもよい。

（２）照射工程
電子線の総照射量としては、フッ素樹脂の種類等により適宜決定されるが、ポリテトラフルオロエチレンの場合は、１ｋＧｙ〜１０００ｋＧｙが好ましく、１００ｋＧｙ〜５００ｋＧｙがより好ましい。電子線の総照射量が多すぎると、フッ素樹脂被覆の弾力性が損なわれフッ素樹脂の高分子鎖の切断が生じる場合がある。一方、電子線の総照射量が少なすぎると、耐摩耗性やその他の機械的強度が不十分となる場合がある。

なお、電子線がフッ素樹脂を透過する距離は、加速電圧に比例する。従って、フッ素樹脂層が厚くなるほど、フッ素樹脂層全体を架橋するために必要な加速電圧は大きくなり、大規模で高価な電子線照射装置が必要となる。

（３）製造装置
図１は、本発明の架橋フッ素樹脂被覆層を有する立体形状物の製造方法の工程を概念的に示した図である。矢印の示す順に各工程を経て架橋フッ素樹脂被覆層を有する立体形状物が製造される。搬送手段の機能１とは、立体形状物を照射ゾーンに搬入する機能であり、搬送手段の機能２とは、立体形状物を照射ゾーンから製品として搬出する機能である。

照射ゾーンには、電子線照射手段とともに、加熱手段が設けられており、照射時に立体形状物は加熱される。また、照射ゾーンは窒素雰囲気に保たれており、電子線の照射口がある上方を覆うように張られたＴｉ箔（１００μｍ）を設けたヒータ付チャンバ内に立体形状物は置かれる（図示せず）。

（実験内容）
図２に示す電子線照射装置を使用した。この電子線照射装置は、電子線を照射手段として加速器を有し、この加速器は図２中の矢印で示す方向にトラバースし、トラバースの方向とは垂直な方向に電子線を走査しながら、照射ゾーン（点線で囲まれた部分）に置かれた炊飯釜や水平台に、第１照射面としての炊飯釜底面や水平台上面に向かう１方向（紙面の上方から下方に向かう方向）から電子線を照射する。

図３は、実施例に使用した立体形状物（１．８Ｌ炊飯釜）を、概念的に示した図である。照射線量を測定するための測定フィルムは、炊飯釜の側面の周囲に沿って水平（炊飯釜底面と平行な方向）に設けられている。図３（ａ）は、炊飯釜の概念斜視図の一つであり、釜の内部側面の上部、中間部、及び下部をそれぞれ「釜上／水平」、「釜中／水平」及び「釜下／水平」と表す。

図３（ｂ）は、炊飯釜の概念平面図であり、測定フィルムが釜底面を通る方向について、照射手段の進行方向及び走査方向を、それぞれ「底面 進行方向」、「底面 走査方向」と表している。

図３（ｃ）は、炊飯釜の概念斜視図の一つであり、測定フィルムが、炊飯釜の内部側面に釜底面に対し垂直に設けられ、釜底面の中心を通るように伸び、さらに向い側の内部側面に、釜底面に対し垂直になるように伸びて設けられていることを示している。

図４は、水平台及びその表面に設けられた測定フィルムの設置位置を概念的に示した図である。測定フィルムは、水平台の上面（照射手段と対向する第１照射面）及び下面（第１照射面とは反対側の面）に設けられている。それぞれ「水平／上」、「水平／下」と表す。

下記の測定条件で電子線を照射し、測定フィルムにより総照射量を測定した。結果を表１に示す。

（測定条件）
窒素雰囲気：純窒素中（酸素含量５ｐｐｍ以下）で照射、常温
加速器：日新電機社製サガトロン
加速電圧：１．１３ＭｅＶ
電流値：１０ｍＡ
トラバース速度：２．６１ｍ／分。トラバース回数を１〜３回と変えて、総照射量を変えた。
電子線照射口から照射ゾーン底面までの距離：６０ｃｍ
照射線量測定フィルム：富士フィルム社製ＣＴＡフィルム

表１の結果は、炊飯釜の内面が受ける総照射量は、内面の側面の各部分（釜上／水平、釜中／水平、釜下／水平）、底面の各部分（底面（進行方向）、底面（走査方向））で、ほぼ同じであり、一方向のみの電子線照射でほぼ均一な照射がされていることを示している。一方、台に遮られて照射されないはずの水平台の下側（水平／下）でも、ある程度の電子線照射を受けている。

水平台の結果より、窒素により電子線が散乱されていることが示される。また、炊飯釜の、底面方向のみへの照射でも、側面も同様に照射されることが示されている。すなわち、窒素により電子線が散乱されるので、電子線が直接照射される表面のみではなく、直接照射される表面とは異なった方向の表面、例えば、立体形状物の上面と側面の組合せの場合も同様に照射されることが示されている。

Claims (4)

1. 所望の形状に機械加工されてなる立体形状物の表面をフッ素樹脂で被覆するフッ素樹脂被覆工程と、電子線を照射してフッ素樹脂を架橋する照射工程とを有し、
   前記照射工程では、窒素雰囲気中で一方向から、照射方向と対向する立体形状物の第１照射面が照射され、かつ散乱された電子線により前記第１照射面とは表面方向が異なる立体形状物の第２照射面が照射される（ただし、第１照射面と第２照射面は、前記立体形状物の底面及び側面の組合せではない）架橋フッ素樹脂被覆層を有する立体形状物の製造方法。
2. 前記第１照射面及び第２照射面が、それぞれ、立体形状物の上面及び側面である請求項１に記載の製造方法。
3. 前記照射工程において、立体形状物を、フッ素樹脂の結晶融点よりも０〜３０℃高い温度に加熱して電子線を照射する請求項１または請求項２に記載の製造方法。
4. 前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンであり、電子線の総照射量が１００ｋＧｙ〜５００ｋＧｙである請求項１、請求項２または請求項３に記載の製造方法。

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